无机材料结构与性能复习题(完整版) (1)

十二、解释铌酸锂晶体与电光效应？
铌 酸 锂 晶 体 简 称 LN ， 属 三 方 晶 系 ， 畸 变 钛 铁 矿 型 结 构 。 经 过 畸 化 处 理 的 铌 酸 锂 晶 体 具 有 压 电 、铁 电 、光 电 、非 线 性 光 学 、热 电 等 多 性 能 的 材 料 ，同 时 具 有 光 折 变 效 应 。电 光 效 应 是 指 对 晶 体 施 加 电 场 时 ，晶 体 的 折 射 率 发 生 变 化 的 效 应 。 有 些 晶 体 内 部 由 于 自 发 极 化 存 在 着 固 有 电 偶 极 矩 ，当 对 这 种 晶 体 施 加 电 场 时 ，外 电 场 使 晶 体 中 的 固 有 偶 极 矩 的 取 向 倾 向 于 一 致 或 某 种 优 势 取 向 ，因 此 ，必 然 改 变 晶体的折射率，即外电场使晶体的光率体发生变化。
九、自发极化与钙钛矿结构的关系？由钙钛矿结构模型说明，压电陶瓷产 生压电性的原理？举例说明压电陶瓷的应用？
关 系 ：钙 钛 矿 型 晶 体 结 构 使 正 负 电 荷 重 心 不 重 合 而 出 现 电 偶 极 矩 ，产 生 不 等 于零的电极化强度，使晶体产生自发极化。 原 理 ：压 电 陶 瓷 之 所 以 具 有 压 电 效 应 是 由 于 陶 瓷 内 部 存 在 自 发 极 化 。以 钙 钛 矿 结 构 里 的 BaTiO 3 为 例 ， Ti 4 + 位 于 氧 八 面 体 中 ，并 且 比 八 面 体 空 隙 小 ， Ti 4 + 离 子 发生位移后的恢复力较小，所有具有自发极化。 应 用 ：水 声 技 术 如 水 声 换 能 器 ；超 声 技 术 如 超 声 清 洗 、超 声 分 散 ；电 声 设 备 如麦克风、扬声器、压电耳机；传感器如压电地震仪等。
C60 的化学性质 ：具有芳香性,能够进行烷基化,还原生成氢化物等。实验却发现Ｃ60 的化 学行为更象缺电子的烯烃而不是富电子的芳香化合物。 C60 的合成： （1）热分解法;（2）激光剥离和电弧放电等高温等离子状碳化法； （3） 碳氢化合物燃烧法；（4）纯合成法。 应用前景：在 C60 被发现的短短的十多年中，已经广泛地影响到物理、化学、材料学、电 子学、生物学、医药学等各个领域，极大地丰富和提高了科学理论，同时也显示出具有巨大 的潜在应用前景。 对 C60 分子进行掺杂，使 C60 分子在其笼内或笼外俘获其它原子或集团， 形成类 C60 的衍生物。因此 C60F60 表现出不容易粘在其它物质上的特性，其润滑性比 C60 要 好，可作超级耐高温的润滑剂，被视为"分子滚珠"。例如把 K、Cs、Tl 等金属原子掺进 C60 分 子的笼内，就能使其具有超导性能。用这种材料制成的电机，只要很少电量就能使转子不停 地转动。再有，C60H60 这些相对分子质量很大的碳氢化合物热值极高，可作火箭的燃料等。
晶面：晶体点阵在任何方向分解为相互平行的结点平面。 晶 面 指 数 ： 晶 面 在 3 个 结 晶 轴 上 的 的 倒 数 的 互 质 整 数 比 ， 常 用 （ hkl ） 来 表 示。 晶 向 ：晶 体 点 阵 可 在 任 何 方 向 上 分 解 为 相 互 平 行 的 结 点 直 线 组 ，质 点 等 距 离 地分布在直线上，位于一条直线上的质点构成一个晶向。 晶 向 指 数 ：晶 列 通 过 轴 矢 坐 标 系 原 点 的 直 线 上 任 取 一 格 点 ，把 该 格 点 指 数 化 为 互 质 整 数 即 为 晶 向 指 数 ， 常 用 [uvw] 来 表 示 。 晶 向 指 数 确 定 方 法 ： (1) 建 立 以 晶 轴 X ， Y ， Z 为 坐 标 轴 的 坐 标 系 ，各 轴 上 的 坐 标 单 位 长 度 分 别 是 晶 胞 边 长 a ，b ，c ，坐 标 原 点 在 待 标 晶 向 上 。 (2) 选 取 该 晶 向 上 原 点 以 外 的 任 一 点 P(xa ， yb ， zc) 。 (3) 将 xa ， yb ， zc 化 成 最 小 的 简 单 整 数 比 u ， v ， w ， 且 u ∶ v ∶ w = xa ∶ yb ∶ zc 。 (4) 将 u ， v ， w 三 数 置 于 方 括 号 内 就 得 到 晶 向 指 数 [uvw] 。 晶向与晶面关系：同指数的晶向与晶面相互垂直。
十一、说明 C60 的结构和物理性质？C60 物理化学性质，C60 的合成，说明 C60 的应用前景？
结构：C60 是由 60 个碳原子构成的球形 32 面体，即由 12 个五边形和 20 个六边形构成。 其中五边形彼此不相连，只与六边形相连。由于 C60 分子的结构酷似足球，所以又称为足球 烯。20 个六元环和 12 个五元环, 碳原子通过 sp2.28 杂化轨道与其他相邻的 3 个碳原子相连, 剩余的轨道和电子组成共轭离域 π 键。C60 的笼状分子结构使环产生张力,迫使 sp2 杂化轨道 掺杂 sp3 杂化轨道, 导致 π 电子离域程度不高,分子的芳香性不明显。五边形与六边形共边,六 边形则将 12 个五边形彼此隔开。 C60 的物理性质 ：黑色粉末,密度为 1.65± 0.05g/cm3,熔点大于 700℃。对称性好,结构稳定, 易溶于 CS2、苯、甲苯及烷烃等非极性有机溶剂中，高压相转变可直接形成金刚石,也可促进 金刚石成核的作用。
无机材料结构与性能复习题
一、什么是晶胞参数，画图表示？
晶胞的形状和大小可以用 6 个参数来表示，此即晶胞参数，它们是 3 条边棱的长度 a、 b、c 和 3 条边棱的夹角 α、β、γ。
图示：晶胞坐标及晶胞参数
二、什么是晶面，什么是晶面指数？什么是晶向，什么是晶向指数？怎样 确定晶向指数？晶向与晶面的关系？
七、说明六方 ZnS（纤锌矿，wurtzite ）型结构及热释电性和声电效应？
结 构 ：纤 锌 矿 属 于 六 方 晶 系 ，点 群 6mm, 结 构 中 S 2 - 作 六 方 最 紧 密 堆 积 ， Zn 2 + 占 据 四 面 体 空 隙 的 1/2 ， Zn 2 + 和 S 2 - 离 子 的 配 位 数 均 为 4 ， 晶 胞 分 子 数 为 2 。 某 些 纤 锌 矿 型 结 构 ，由 于 其 结 构 中 无 对 称 中 心 存 在 ，使 得 晶 体 具 有 热释电性，可产生声 电效应。 热释电性是 指 由 于 加 热 使 得 整 个 晶 体 温 度 变 化 ， 结 果 在 与 该 晶 体 C 轴 平 行 方 向的一端出现正电荷，在相反的一端出现负电荷的性质，发生自发极化。 声电效应： 在 压 电 半 导 体 中 ，声 波 将 产 生 压 电 周 期 性 电 势 场 。如 果 这 时 有 电 子 通 过 ，当 电 子 的 平 均 自 由 程 比 声 波 的 波 长 要 小 时 ，则 电 子 将 不 断 遭 受 声 子 的 散 射 而 损 失 能 量 ，从 而 电 子 被 声 波 产 生 的 周 期 性 电 势 场 的 波 谷 所 俘 获 ；同 时 在 声 波 传 播 时 ，电 子 即 被 声 波 势 场 牵 引 着 向 前 运 动 ，结 果 就 产 生 了 电 动 势 ，这 就 是 声 波 致 电 的 效 应 —— 声 电 效 应 。 这 两 种 性 质 都 与 晶 体 内 部 的 自 极 化 有 关 。
十、 石墨烯的特性与其结构有什么关系？
石墨烯是典型的零带隙的半导体， 通过 sp2 杂化形成平面六元环结构， π 电子在同一平面 上形成离域大 π 键。这种独特的结构使石墨烯具有独一无二的性质，作为世界上最薄的纳米 材料，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收 2.3%的光，导热系数达到 5300W/m.K，比金刚石和 碳纳米管更高，室温下电子迁移率达到光速的 1/300，电阻率只有 10-6Ω.cm，比铜和银电阻率 更低，是世界上电阻率最小的材料，却有超高的力学性能，达到 1060GPa，被证明为当代最 牢固的材料，比最好的钢都要坚硬 100 倍，可以用来制备超强力膜并具有制备“太空电梯”的 潜力。
八、α-Al2O3 结构中，O 做紧密堆积，而 Al 填充在空隙中，他们是如何排 列的？
-Al 2 O 3 晶 体 结 构 可 以 看 成 O 2 - 按 六 方 紧 密 堆 积 排 列（ 即 ABAB…… 二 层 重 复 型 ）， 而 Al 3 + 填 充 于 2/3 八 面 体 空 隙 。 由 于 Al 3 + 只 填 充 于 2/3 八 面 体 空 隙 ， 因 此 Al 3 + 的 分 布 必 须 有 一 定 的 规 律 ，其 原 则 是 从 鲍 林 规 则 出 发 ，在 同 一 层 和 层 与 层 之 间 ， Al 3 + 之 间 的 距 离 应 保 持 最 远 ，宏 观 上 呈 现 均 匀 分 布 ，以 减 少 Al 3 + 之 间 的 静 电 斥 力 ， 有 利 于 结 构 的 稳 定 性 。 否 则 ， 由 于 Al 3 + 分 布 不 当 ， 出 现 过 多 Al-O 八 面 体 共面的情况，对结构的稳定性造成不利的影响。
六、说明萤石结构与萤石Байду номын сангаас质的关系？
CaF2 与 NaCl 的性质对比：F－半径比 Cl－小，Ca2+半径比 Na+稍大，综合电价和半径两因 素，萤石中质点间的键力比 NaCl 中的键力强，反映在性质上，萤石的硬度为莫氏 4 级，熔点 1410℃，密度 3.18，水中溶解度 0.002；而 NaCl 熔点 808℃，密度 2.16，水中溶解度 35.7。 萤石结构的解离理性：由于萤石结构中有一半的立方体空隙没有被 Ca2+填充，所以，在{111} 面网方向上存在着相互毗邻的同号离子层， 其静电斥力将起主要作用， 导致晶体在平行于{111} 面网的方向上易发生解理，因此萤石常呈八面体解理。
三、什么是晶带？晶带轴与该晶带的晶面的关系？什么是晶带定律？
晶带：在结晶学中，把同时平行某一晶向的所有晶面称为一个晶带。 关系：晶带轴与该晶带的晶面平行。 晶带定律： hu kv lw 0 。